二轮专题复习《化学反应原理题》.pdf

1 二轮专题复习化学反应原理【重、难点知识整理】一、反应热（一）盖斯定律1内容：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样。即：化学反应的反应热只与反应体系的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与反应途径无关。2.意义：间接计算某些反应的反应热。（二）有关反应热的比较、计算1 H 的比较：对放热反应，放热越多，H 越小；对吸热反应，吸热越多，H 越大。2反应热的有关计算：（1）主要依据：热化学方程式、键能、盖斯定律及燃烧热、中和热等数据。（2）主要方法：根据热化学方程式计算：反应热与反应物各物质的物质的量成正比。根据反应物和生成物的总能量计算：HE 生成物 E 反应物。依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算：H反应物的化学键断裂吸收的能量生成物的化学键形成释放的能量。根据盖斯定律的计算。【例 1】（1）甲烷的燃烧热 H=-890 kJ mol-1；氢气的热值为143 kJ g-1；液态水的气化热为 44 kJ mol-1。请写出CO2加氢甲烷化反应的热化学反应方程式：_ _。（2）以 CO2和 NH3为原料可合成尿素，在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：反应：2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）H1=159.47kJ mol1 反应：NH2CO2NH4（s）CO（NH2）2（s）+H2O（g）H2=+72.49kJ mol1 总反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)H3=86.98kJ mol1 下列示意图中，能正确表示尿素合成过程中能量变化曲线是。（3）甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和 H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1 CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g)H2 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3已知反应 中的相关的化学键键能数据如下：化学键HH CO COHO CH E/（kJ.mol-1）436 343 1076 465 413 由此计算 H1kJ mol-1，已知 H2-58kJ mol-1，则 H3kJ mol-1。二、化学反应速率1.化学反应速率常用单位时间内_变化来表示。（1）计算公式为v(B)=_。用不同物质的浓度变化来表示同一时间段的反应速率时，其数值之比等于_之比。（2）某些液相体系中，有些反应物或生成有颜色，随着反应的进行，溶液的颜色不断变化，可以用 _测定溶液颜色的深浅，再根据一定的关系转化为相应物质在不同时刻的浓度。用于比色分析的仪器为_。2 2.影响化学反应速率的外界因素及规律分类外界因素对化学反应速率的影响规律浓度一般的，在其它条件相同情况下，_浓度越大，反应速率_。压强一般的，在其它条件相同情况下，压强越大，有气体参与的反应速率_。温度一般的，在其它条件相同情况下，温度越高，反应速率_。注意：在实际反应中，可能会存在如下情况。温度太高，往往引发其它_反应。温度太高，会使催化剂 _。在绝热反应容器中进行，反应的热效应会影响反应体系的温度。催化剂一般的，在其它条件相同情况下，使用催化剂，可以_反应速率。催化剂 _参与化学反应。某些反应的产物具有催化作用，叫_。催化剂对化学平衡移动_影响，对正、逆反应速率的影响效果_。相同条件下，不同催化剂对反应的速率提高体现在使反应活化能的_。催化剂的 _与_对化学反应速率影响效果不同。催化剂受外界环境中的_等因素影响。其它方面溶液酸碱性、光、溶剂、_、_、_等。三、化学反应的方向1.自发反应：在一定温度和压强下，无需 _就能自动进行的反应，称之为自发反应。2.反应自发的条件判断反应分类反应自发的条件H0 的反应H0、S0 的反应H0、S0、S0 的反应四、化学平衡状态：可逆反应在一定的条件下，进行到一定程度时，正反应速率v（正）、逆反应速率v(逆)相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化的状态。1.化学平衡状态的特征逆、动、变、等（正、逆反应速率相等）：定（各组分浓度一定）。2.可逆反应是否达到平衡状态的判据【例 2】在密闭、绝热的容器中加入2mol CO2、6mol H2，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)。该反应自发的条件是。下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是。a.混合气体的平均相对分子质量保持不变b.CO2和 H2的体积分数保持不变c.CO2和 H2的转化率相等d.混合气体的密度保持不变e.1mol CO2生成的同时有3mol H-H 键断裂f.容器中的温度不变g.容器中反应的平衡常数不变h.混合物中H 元素的质量分数不变五、化学平衡（一）化学平衡移动1.影响化学平衡移动的外界条件：浓度、压强、温度。2.判断化学平衡移动方向的方法正向移动逆向移动据 K 和 Qc 相对大小Qc KQcv(逆)v(正)0(粉色)（蓝色）3.压强对化学平衡移动的影响：其他条件不变时，增大压强，会使平衡向着体积缩小方向移动；减小压强，会使平衡向着体积增大方向移动。注意：（1）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度，可视为压强对平衡的影响。（2）“惰性气体”对化学平衡的影响：恒温、恒容条件：原平衡体系充入惰性气体体系总压强增大体系中各组分的浓度不变 平衡不移动。恒温、恒压条件：原平衡体系充入惰性气体容器容积增大，各反应气体的分压减小 体系中各组分的浓度同倍数减小（等效于减压），平衡向气体体积增大的方向移动。此时的惰性气体相当于稀释剂。4.催化剂对化学平衡的影响：由于使用催化剂对正反应速率和逆反应速率影响的程度是等同的，所以平衡不移动。但是使用催化剂可以影响可逆反应达到平衡所需的时间。一般缩短。5.勒夏特列原理（平衡移动原理）：如果改变影响平衡的条件之一（如温度、压强、浓度），平衡向着能够减弱这种改变的方向移动。六、化学平衡常数和转化率（一）化学平衡常数1.表达式：对于可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，在一定温度下达到平衡时：化学平衡常数表达式K _。2.注意事项：（1）表达式中各物质的浓度是平衡时的浓度，不是起始浓度也不是物质的量。（2）对于一个具体的可逆反应，平衡常数K 只与温度（T）有关，与反应物或生成物的浓度无关。（3）正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。（4）反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度看视为常数，是固定不变的，4 不能代入平衡常数表达式中。3.意义：平衡常数K 的大小能说明反应进行的程度（也叫反应的限度）。K 值越大表示反应进行得越完全；K 值越小表示反应进行得越不完全。（二）转化率1.定义式：(B)=2.意义：反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。【例 3】请计算：（1）一定温度、密闭容器中，反应C(s)+2N2O(g)2N2(g)+CO2(g)H0 达到平衡后，若只改变一个条件，而使N2O 的平衡转化率增加，可以采取的措施有_ _。（2）已知：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H0。在 T时，在 VL 容器中充入n molCH3OH，使上述反应达到平衡，CH3OH 的转率为 ，则平衡常数K=_(用含有 的式子表示)。上述反应在一定条件下达到平衡，若改变某一个条件，提高CH3OH 的转化率甲醇生产二甲醚的转化率可以根据冷凝的液相中的甲醇与水的相对百分含量来计算（忽略挥发到气相的甲醇）。若以 Cw表示冷凝液中水的质量分数，CM表示冷凝液中甲醇的质量分数，则甲醇的转化率为_。（3）已知：N2H4(g)O2(g)N2(g)2H2O(g)N2H4(g)2O2(g)2NO(g)2H2O(g)。若将 n mol 肼（N2H4）和 2n mol O2充入某容积n L 的刚性容器中，在800和一定压强、合适催化剂的作用下，反应和同时达到平衡，实验测得N2的产率为x，NO的产率为y，则该条件下反应的平衡常数K（用 x、y 的代数式表示，不必化简）。【方法和技能】1.明确把握题给外界条件，常见的条件有：（1）等温、等容型；（2）等温、等压型；（3）等容、绝热型等。2.化学平衡图像题的解题步骤：有关化学平衡、化学反应速率的图表题一直是高考关注的热点，在审题时，一般采用“看特点，识图像，想原理，巧整合”四步法。第一步：看特点。即分析可逆反应化学方程式，观察物质的状态、气态物质分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应，还是气体分子数减小的反应)、反应热(正反应是放热反应，还是吸热反应)等。第二步：识图像。即识别图像类型，横坐标和纵坐标的含义、线和点(平台、折线、拐点等)的关系。利用规律“先拐先平，数值大”判断，即曲线先出现拐点，先达到平衡，其温度、压强越大。第三步：想原理。联想化学反应速率、化学平衡移动原理，特别是影响因素及使用前提条件等。第四步：巧整合。图表与原理整合。逐项分析图表，重点看图表是否符合可逆反应的特点、化学反应速率和化学平衡原理。即：5【例 4】（1）反应 N2H4(g)2O2(g)2NO(g)2H2O(g)H0 在 1100时达到平衡后，下列措施中能使容器中n(NO)/n(O2)增大的有（填字母序号）。A恒容条件下，充入He 气B增大容器体积C恒容条件下，充入N2H4D使用催化剂（2）煤脱硫过程中涉及的热化学方程式如下：CaSO4(s)CO(g)CaO(s)SO2(g)CO2(g)H1218.4 kJ mol1CaSO4(s)4CO(g)CaS(s)4CO2(g)H2 175.6 kJ mol1下图为实验测得不同温度下反应体系中CO 初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO2生成量的措施有。A向该反应体系中投入石灰石B在合适的温度区间内控制较低的反应温度C提高 CO 的初始体积百分数D提高反应体系的温度【例 5】二甲醚（DME）被誉为“21 世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H 1=90.7 kJmol-1 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H 2=23.5 kJmol-1 CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H 3=41.2kJ mol-1回答下列问题：（1）则反应3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)的HkJ mol-1。（2）下列措施中，能提高CH3OCH3产率的有。A使用过量的CO B升高温度C增大压强（3）反应能提高CH3OCH3的产率，原因是。（4）将合成气以n(H2)/n(CO)=2 通入 1 L 的反应器中，一定条件下发生反应：4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)H，其 CO 的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1 所示，下列说法正确的是。AH 0 BP1P2P3C若在 P3和 316时，起始时n(H2)/n(CO)=3，达到平衡时，CO 转化率小于50（5）采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn 的合金），利用 CO 和 H2制备二甲醚。观察图 2 回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为时最有利于二甲醚的合成。图 1 图 2（6）某科研人员为研究H2和 CO 合成 CH3OH 的最佳起始组成比n(H2)：n(CO)，在 l L恒容密闭容器中通入H2与 CO 的混合气（CO 的投入量均为1 mol），分别在 230 C、250 C 和 270 C 进行实验，测得结果如下图，则230时的实验结果所对应的曲线是(填字母)；理由是。列式计020406080DME选择性CO转化率CO2选择性CH3OH选择性转化率选择性/%n(Mn)/n(Cu)1.02.03.04.0P1P2P3200300400316050100温度/CO平衡转化率/%n(H2)/n(CO)=26 算 270时该反应的平衡常数K：。（7）甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是：CH3OH+H2SO4 CH3HSO4+H2O，CH3 HSO4+CH3OH CH3OCH3+H2SO4。与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是。（8）取五份等量的混合气体（CO2和 H2的物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应，反应相同时间后，作出甲醇的体积分数（CH3OH）随反应温度（T）变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是 _填字母编号）。【巩固练习】1.近年来对CO2的捕获及其高效利用的研究正引起全球广泛关注。.据中国化工报报道，美国科学家发现了一种新的可将CO2转化为甲醇的高活性催化体系，比目前工业使用的常见催化剂快近90 倍。由 CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下：反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H 1=49.58 kJ?mol-1反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H 2反应：CO(g)+2 H2(g)CH3OH(g)H 3=90.77 kJ?mol-1回答下列问题：（1）反应的 H 2=，反应自发进行条件是（填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。（2）在一定条件下2L 恒容密闭容器中充入一定量的H2和 CO2仅发生反应，实验测得在不同反应物起始投入量下，反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线，如下图所示。反应物起始投入量：曲线 I：n(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol 曲线：n(H2)=3mol，n(CO2)=2mol 的平衡转化率%7 据图可知，若要使CO2的平衡转化率大于40%，以下条件中最合适的是。An(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol；650K Bn(H2)=3mol，n(CO2)=1.7mol；550K Cn(H2)=3mol，n(CO2)=1.9mol；650K Dn(H2)=3mol，n(CO2)=2.5mol；550K 在温度为500K 的条件下，充入3mol H2和 1.5mol CO2，该反应10min 时达到平衡：a用 H2表示该反应的速率为。b该温度下，反应I 的平衡常数K=。c在此条件下，系统中CH3OH 的浓度随反应时间的变化趋势如图所示，当反应时间达到 3min 时，迅速将体系温度升至600K，请在图中画出310min 内容器中 CH3OH 浓度的变化趋势曲线。（3）某研究小组将一定量的H2和 CO2充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂（发生反应I、），测得了不同温度下体系达到平衡时CO2的转化率（a）及 CH3OH 的产率（b），如图所示，请回答问题：该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是（选填编号）。A改用高效催化剂B升高温度C缩小容器体积D分离出甲醇E增加 CO2的浓度据图可知当温度高于260后，CO 的浓度随着温度的升高而（填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”），其原因是_ _。.以 CO2和 NH3为原料可以合成尿素。经研究发现该反应过程为：CO2(g)+2NH3(g)NH2COONH4(s)H10有体积可变（活塞与容器之间的摩擦力忽略不计）的密闭容器如图所示，现将3molNH3和 2molCO2通入容器中，移动活塞至体积 V 为 3L，用铆钉固定在A、B 点。发生合成尿素的总反应如下：CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(S)+H2O(g)。测定不同条件、不同时间段内的CO2的转化率，得到如下数据：CO2转化率T()10min 20min 30min 40min T130%65%70%70%T245%50%a1 a2（1）T1下，l0min 内 NH3的平均反应速率为。（2）根据上表数据，请比较T1T2(选填“”、“”、“、Ea(B)Ea(C)B.若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K 值不变时，说明反应已经达到平衡C.v(O2)正=2v(SO2)逆，则该反应已经达到平衡D.不同催化剂的催化效果不同，是因为活化分子百分数不相同（3）写出 2HI(g)H2(g)+I2(g)的逆反应的平衡常数表达式K=_。在恒温恒容的密闭容器中发生2HI(g)H2(g)+I2(g)反应，测得HI 与 H2的浓度随时间变化数据如下表：时间(min)0 2 4 6 8 c(HI)/molL-1 8.0 5.0 3.0 2.0 2.0 c(H2)/mol L-10 请根据表格，在下图画出c(H)2随时间变化的曲线图，并在图中标出交点的纵坐标。（4）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用 MH）表示），NiO(OH)作为电池正极材料，KOH 溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：Ni(OH)2MNiO(OH)MH。电池放电时，负极电极反应式为；充电完成时，全部转化为NiO(OH)，若继续充电，将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应 被 消 耗，从 而 避 免 产 生 的 气 体 引 起 电 池 爆 炸，此 时，阴 极 电 极 反 应 式为。.甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：10 反应过程化学方程式焓变 H(kJ mol-1)活化能 Ea(kJ mol-)甲烷氧化CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g)802.6 125.6 CH4(g)O2(g)CO2(g)2H2(g)322.0 172.5 蒸汽重整CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)206.2 240.1 CH4(g)2H2O(g)CO2(g)4H2(g)165.0 243.9 回答下列问题：反应 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的 H=_kJmol-1。在初始阶段，甲烷蒸汽重整的反应速率_甲烷氧化的反应速率（填大于、小于或等于）。对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可表示平衡常数（记作KP），则反应CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)的 KP。随着温度的升高，该平衡常数（填“增大”、“减小”或“不变”）。从能量角度分析，甲烷自热重整方法的先进之处在于。在某一给定进料比的情况下，温度、压强对平衡时H2和 CO 的物质的量分数的影响如下图：若要达到H2物质的量分数 65%、CO 的物质的量分数1 时，反应后NO2的物质的量减少，其原因是_ _。增加 n(O3)，O3氧化 SO2的反应几乎不受影响，其可能原因是_ _。（4）当用 CaSO3水悬浮液吸收经O3预处理的烟气时，清液(pH 约为8)中 SO32将 NO2 转化为NO2，其离子方程式为_。（5）CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液，达到平衡后溶液中c(SO32)=_ 用c(SO42)、Ksp(CaSO3)和 Ksp(CaSO4)表示；CaSO3水悬浮液中加入Na2SO4溶液能提高 NO2的吸收速率，其主要原因是_ _。.烟气中 NO通常占 NOx总量的 90%以上，但 NO的脱除难度较大。某研究小组探究用次氯酸钙溶液同时脱除烟气中SO2和NO的方法。脱硫：Ca(ClO)2(aq)+2SO2(g)+2H2O(l)=CaSO4(s)+H2SO4(aq)+2HCl(aq)脱硝：3Ca(ClO)2(aq)+4NO(g)+2H2O(l)=3CaCl2(aq)+4HNO3(aq)O3(g)3O(g)604.3 kJ mol-1NO2(g)N(g)+2O(g)937.5 kJ mol-1NO(g)N(g)+O(g)631.4 kJ mol-112 请回答：（1）脱硫过程涉及的各化学反应及其 H如下：SO2(g)+H2O(l)H2SO3(aq)H=aCa(ClO)2(aq)+H2SO3(aq)=CaSO3(s)+2HClO(aq)H=bCaSO3(s)+HClO(aq)=CaSO4(s)+HCl(aq)H=cH2SO3(aq)+HClO(aq)=H2SO4(aq)+HCl(aq)H=d脱硫反应的 H1=。（2）脱硫反应和脱硝反应的平衡常数随温度的变化如下图所示：判断反应的 S20、H20（填），指出有利于自发进行的温度条件是（填“较高温度”或“较低温度”）。预测用次氯酸钙溶液脱硫脱硝反应进行的程度并说明理由。（3）与 NaClO 溶液吸收法相比，Ca(ClO)2法更能促进脱硫反应进行，理由是。（4）与 NaOH 溶液吸收法相比，Ca(ClO)2法的脱硫脱硝效率更高，理由是。13【参考答案】例 1.（1）CO2（g）+4 H2(g)CH4（g）+2H2O（g）H=166 kJ mol-1【CO2（g）+4 H2(g)CH4（g）+2H2O（l）H=78 kJ mol-1】（2）C、（3）99；41 例 2.低温defg 例 3.（1）升温、扩大容器体积、减少N2O 的量、移走N2或 CO2气体等，合理即可。（2）2/(1-)2或（3）16y2(x+y)2/(1-x-y)(2-x-2y)2例 4.（1）BC（2）ABC 例 5.（1）-246.1 （2）AC（3）消耗了反应的H2O(g)有利于反应正向进行，同时生成了H2（4）A （5）2（写 22.2 都可以）（6）X 该反应是放热反应，温度越低转化率越高；K=1（7）H2SO4腐蚀设备或有硫酸废液产生（8）A、B【巩固练习】1.（1）H2=+41.19kJ?mol-1、较低温（2）B a0.135mol?L-1?min-1b200 c（起点不变，终点在0.315 左右，10min 之前达到平衡）（3）CE 增大，反应I、反应 III 均为放热反应，温度升高不利于CO2、CO 转化为甲醇；反应 II 为吸热反应，温度升高使更多的CO2转化为 CO。综上所述，CO 的浓度一定增大。（或其他合理答案）.0.04mol L-1 min-1（1 分）50%、9 =（1 分）T2 C 下，K=9，通入3molCO2，容器体积变为6L，Qc=9，可逆反应仍然处于平衡状态。.（1）2 H2-H1；（2）；T1-T2区 间，化 学 反 应 未 达 到 平 衡，温 度 越 高，化 学 反 应 的 速 率 越 快，所 以 CO2被 捕 获 的 量 随 温 度 升 高 而 提 高。T4-T5区 间，化 学 反 应 已 达 到 平 衡，由 于 正 反 应 是 放 热 反 应，温 度 升 高 平 衡 向 逆 反 应 方 向移 动，所 以 不 利 于 CO2的 捕 获。14（3）降 低 温 度；增 大 CO2浓 度（4）B、D 2.（1）物质能够循环利用，能源来自太阳能，洁净无污染，且取之不尽，用之不竭；（2）1250；BD（3）c2(HI)/c(H2)c(I2)1.5、2.5、3、3（4）MH-e-+OH-=M+H2O O2+4e-+2H2O=4OH-.（1）41.2（2）小于（3）32p42(H)(CO)=(CH)(H O)PPKPP；增大。（4）系统内强放热的甲烷氧化反应为强吸热的蒸汽重整反应提供了所需的能量。（5）B；（6）甲烷氧化程度过高，氢气和氧气反应（其它合理答案均可）3.（1）314（2）A（3）O3将 NO2氧化成更高价氮氧化物；SO2与 O3的反应速率慢；（4）SO322NO2 2OH=SO42 2NO2H2O；（5）Ksp(CaSO3)c(SO42)/Ksp(CaSO4)，CaSO3转化为CaSO4使溶液中SO32的浓度增大，加快SO32与 NO2的反应速率。.（1）2a+b+c+d（2）较低温度脱硫、脱硝反应都可以进行得很完全，因为脱硫、脱硝反应的平衡常数均很大（3）CaSO4微溶，反应体系中的Ca2+有利于 CaSO4沉淀的生成，促进吸收反应进行（4）NO难溶于水，碱液对NOx的脱除效率较低；ClO-氧化性强，有利于将SO2、NO 氧化为它们的最高价态SO42-、NO3-，达到一体脱除的目的